[发明专利]一种四分区压力驱动柔性仿生鱼及其制作方法

权利要求书

1.一种四分区压力驱动柔性仿生鱼，包括：鱼头、鱼尾(1)、鱼身(2)、尾鳍(3)、胸鳍(4)、锂电池(5)、控制板(6)、位置姿态传感器、电源管理模块(7)、无线通讯模块、蠕动泵(8)、胸鳍舵机；

所述鱼身(2)的两端分别与鱼尾和鱼头连接；所述鱼尾的另一端连接尾鳍；所述胸鳍(4)对称设置在鱼身(2)的外表面侧壁上；所述锂电池(5)、控制板(6)、位置姿态传感器、电源管理模块(7)、无线通讯模块、蠕动泵(8)设置在鱼身(2)内部；所述胸鳍舵机设置在鱼身(2)内部与胸鳍(4)相连；其特征在于：

鱼尾的内部设置有五个独立腔室，五个独立腔室中分别为上腔室(9-1)、左腔室和右腔室(9-2)、下腔室(9-3)和中心腔室；五个独立腔室被限制层隔开，上腔室(9-1)、下腔室(9-3)、左腔室和右腔室(9-2)分别位于鱼尾的上下左右位置，且围绕中心腔室设置；左腔室、右腔室内部分别设置隔膜将左腔室、右腔室隔成多个隔膜腔，左腔室、右腔室除隔膜外的中空部分构成内嵌气道网络；左腔室、右腔室和上腔室、下腔室构成流体弹性驱动器(9)；所述中心腔室纵截面的中心与鱼尾(1)纵截面的中心重合；

所述位置姿态传感器采集柔性仿生鱼目前的状态，并将仿生鱼的状态传给控制板(6)；所述控制板(6)根据仿生鱼目前的状态及需要完成的任务计算鱼尾横向位移及推进效率，当鱼尾运动曲线与鱼尾横向位移曲线重合时弹性驱动器推进效率最高，并控制蠕动泵(8)对仿生鱼的弹性驱动器(9)进行流体交换；所述仿生鱼的流体弹性驱动器(9)的腔体在蠕动泵(8)的作用下产生压强变化，通过压强变化驱动的鱼尾弯曲；

所述控制板根据仿生鱼目前的状态及需要完成的任务计算鱼尾横向位移的过程包括以下步骤：

y_body(x,t)＝(c₁x+c₂x²)sin(kx+wt)

式中y_body(x,t)是鱼尾横向位移，(x,t)是尾鳍的坐标，k是鱼体波波数，k＝2π/λ,λ为鱼体波波长，c₁是线性波幅包络值，c₂是二次波幅包络值，ω是鱼体波波频，鱼尾与鱼身连接面的中心点为原点，原点到鱼尾方向为x轴方向。

2.根据权利要求1所述的一种四分区压力驱动柔性仿生鱼，其特征在于：所述鱼头、鱼尾(1)、鱼身(2)均为硅胶材质。

3.根据权利要求2所述的一种四分区压力驱动柔性仿生鱼，其特征在于：所述控制板(6)根据仿生鱼目前的状态及需要完成的任务计算推进效率的过程包括以下步骤：

步骤四一、获得相邻两个隔膜腔的面积差：

ΔS＝S_i-S_i-1

式中，S_i是隔膜腔内第i个隔膜腔前壁或后壁的面积，S_i-1是隔膜腔内第i-1个隔膜腔前壁或后壁的面积；

步骤四二、获得单个隔膜腔舱壁处的压力差：

F_i＝P×ΔS

式中，P是气室压强，ΔS是相邻两个隔膜腔室的面积差；

步骤四三、获得单个隔膜腔舱壁处的压力差所产生的位移：

l_i＝L_i×θ

式中，θ是隔膜腔变形转角，L_i是隔膜腔高度；

步骤四四、获得隔膜腔的做功：

其中，W_i是第i个隔膜腔的做功，W_n是n个隔膜腔的总做功，P是气室压强，L_i是隔膜腔的高度；

步骤四五、获得流体弹性驱动器推进效率：

式中，ΔV为驱动器施加压强后的体积变化。